Uma supernova, uma estrela de neutrões e um magnetar revelado em tempo quase real

A cerca de mil milhões de anos-luz da Terra, aconteceu algo que, até agora, os investigadores só conheciam em teoria: conseguiram acompanhar quase em direto a formação de um objeto extremamente exótico no centro de uma gigantesca explosão estelar - um magnetar, uma forma particularmente violenta de estrela de neutrões. Os dados são tão nítidos que uma teoria discutida há quase vinte anos passa agora a ser tratada como confirmada.

Uma supernova que não respeita o guião

No dia 14 de setembro de 2024, a Zwicky Transient Facility, na Califórnia, identificou uma nova supernova, à primeira vista discreta, numa galáxia muito distante. A explosão recebeu o nome sóbrio de SN 2024afav. Inicialmente, tudo parecia seguir o padrão habitual: uma estrela massiva rebentaria, atingiria um brilho extremo por um curto período e, depois, apagaria lentamente ao longo de várias semanas.

Mas isso não aconteceu. A luminosidade não caiu como era esperado; em vez disso, manteve-se invulgarmente elevada durante muito tempo. Semanas seguidas. Foi o suficiente para chamar a atenção de uma equipa internacional liderada pelo doutorando Joseph Farah, da Universidade da Califórnia em Berkeley. Em pouco tempo, cerca de vinte observatórios distribuídos por cinco continentes começaram a acompanhar o fenómeno.

Durante mais de 200 dias, os telescópios mantiveram a explosão sob vigilância constante. Entre o 45.º e o 95.º dia após o evento, surgiu subitamente um padrão completamente novo: o brilho não oscilava ao acaso, antes seguia quatro ondas bem separadas e com repetição regular.

Em vez de se apagar devagar, a supernova emitiu quatro pulsos luminosos cada vez mais intensos - e os intervalos entre eles foram ficando mais curtos.

No início, havia cerca de doze dias entre os picos da curva de luz. Depois, essa distância desceu para pouco menos de dez dias. Ou seja, os pulsos passaram a surgir mais depressa. Há anos que esta aceleração é apontada como possível assinatura de um “motor” central em algumas supernovas especialmente luminosas - só que nunca tinha sido medida com tanta limpeza.

Magnetar: o motor escondido da SN 2024afav

Para perceber por que razão esta observação é tão marcante, vale a pena olhar para o mecanismo no interior. Quando uma estrela muito massiva colapsa, sobra frequentemente uma estrela de neutrões: um objeto com massa entre uma e duas massas solares comprimido numa esfera com cerca de 16 quilómetros de diâmetro.

Um magnetar é a versão extrema desse remanescente. As suas características típicas incluem:

• um campo magnético ultraforte, milhares de milhões a biliões de vezes mais intenso do que o campo magnético da Terra
• uma rotação vertiginosa, muitas vezes com centenas de rotações por segundo
• uma libertação brutal de energia sob a forma de radiação e de tempestades de partículas

No caso da SN 2024afav, tudo indica que foi exatamente isso que se formou. A explosão lançou enormes quantidades de matéria para o espaço. Parte desse material organizou-se num anel quente e denso - um disco de matéria em rotação - em torno do objeto recém-nascido. Esse disco não é perfeitamente simétrico; tem uma ligeira deformação, como se estivesse “amassado”.

Para a equipa, este disco comporta-se como um pião em desequilíbrio. A cada volta completa desse movimento de precessão, a quantidade de luz que chega até nós altera-se. O resultado são quatro pulsos brilhantes com intervalos cada vez mais curtos - precisamente o padrão que aparece nos dados.

Um teste real à gravidade de Einstein

Os pulsos acelerados não servem apenas para indicar a presença de um magnetar; também constituem uma demonstração prática da teoria da Relatividade Geral. À volta de objetos extremamente compactos, o espaço-tempo fica muito curvado. Nesse ambiente deformado surge um efeito conhecido pelos físicos como arrastamento do referencial: a rotação da estrela de neutrões “puxa” consigo, em parte, o espaço à sua volta.

Para o disco de matéria em precessão, isso significa que o seu movimento de oscilação - ou seja, a lenta deslocação da direção dessa oscilação - se torna mais rápido. Foi exatamente essa consequência que a equipa calculou. O modelo previa uma aceleração de cerca de 15 por cento ao longo do intervalo observado.

A aceleração medida dos pulsos encaixa com uma precisão notável nas previsões da relatividade, em condições impossíveis de reproduzir na Terra.

Com isso, os investigadores conseguem afastar de forma muito convincente a hipótese de flutuações aleatórias ou erros de medição. Os dados apontam para um processo real, relativista, em torno de um objeto em formação, extremamente denso.

Núcleo invisível, assinatura visível

Os astrónomos não observam o magnetar diretamente. O centro da explosão está escondido sob uma camada compacta de ferro, níquel e outros elementos pesados. Essa matéria bloqueia a maior parte da radiação. O que chega aos telescópios são apenas as alterações no disco exterior.

A situação lembra a procura de exoplanetas. Também nesse caso, os cientistas raramente veem os planetas a olho nu. Em vez disso, detetam pequenas variações na luz da estrela, sincronizadas com a órbita. Na SN 2024afav, são os pulsos de luminosidade do disco que denunciam o motor oculto.

Os espectros recolhidos pelo Observatório Keck, no Havai, reforçam esta leitura. Eles mostram assinaturas químicas compatíveis com uma massa inicial da estrela que explodiu de cerca de 20 a 25 massas solares. É precisamente a partir de estrelas com esta massa que os modelos prevêem a formação de um magnetar ou de um buraco negro no momento do colapso.

O enigma das “super-supernovas” começa a ser resolvido

Desde 2004, os astrofísicos têm tentado explicar uma classe de supernovas extremamente luminosas, cuja radiação pode ser até cem vezes mais intensa do que a das explosões estelares “normais”. Na comunidade científica circularam três explicações principais:

• uma quantidade invulgarmente elevada de material radioativo no interior
• uma interação muito forte entre a onda de choque e uma nuvem densa de gás em torno da estrela
• uma injeção adicional de energia por um magnetar acabado de nascer

A SN 2024afav fornece agora indícios bastante sólidos a favor da terceira hipótese. No início, o magnetar roda a várias centenas de voltas por segundo. O seu campo magnético colossal funciona como uma turbina cósmica. A energia de rotação transforma-se em radiação e em partículas rápidas, mantendo a nuvem de detritos quente durante muito mais tempo do que a explosão conseguiria sozinha.

Isso explica por que motivo o brilho desta supernova não desce de forma acentuada ao fim de poucas semanas, mas se mantém intenso durante meses. Muitos eventos extremos no céu, até aqui difíceis de enquadrar, poderão ter o mesmo mecanismo.

O arranque de uma procura sistemática por magnetares

Os investigadores já encontraram, em dados de arquivo, mais duas supernovas cujas curvas de luz apresentam semelhanças suspeitas. Na altura, foram vistas como casos estranhos e isolados. Com o novo conhecimento obtido a partir da SN 2024afav, ganham agora um significado diferente: também aí poderá ter estado envolvido um magnetar.

As perspetivas de detetar estes sinais com mais frequência são boas. Com o Vera C. Rubin Observatory, entra em funcionamento um grande telescópio que vai varrer de forma regular e completa o céu do hemisfério sul. Espera-se que assinale todos os anos milhares de novos fenómenos transitórios, incluindo provavelmente dezenas destas supernovas extraordinariamente luminosas.

Cada nova supernova descoberta com pulsos luminosos característicos pode ser mais um olhar sobre o “nascimento” de um magnetar.

Com uma amostra maior, será possível responder a perguntas como: em que condições nasce um magnetar em vez de um buraco negro? Que peso tem a rotação da estrela original? Até que ponto é que os magnetares influenciam o enriquecimento químico das galáxias?

Porque é que isto também interessa a quem não é especialista

Os magnetares são vistos como a origem de alguns dos fenómenos mais energéticos do Universo, como os breves surtos de raios gama ou os eventos extremos de rajadas de rádio. Compreender o nascimento destes objetos aproxima-nos de muitos desses “clarões monstruosos” do cosmos.

Os termos que aparecem neste contexto podem ser organizados, de forma simples, assim:

• Estrela de neutrões: remanescente ultracompacto de uma estrela colapsada, composto sobretudo por neutrões extremamente comprimidos.
• Magnetar: estrela de neutrões com magnetismo particularmente intenso e atividade radiativa enorme.
• Supernova: fase explosiva no fim da vida de estrelas massivas, na qual são libertadas, em pouco tempo, quantidades colossais de energia.

A SN 2024afav, naturalmente, não tem efeitos práticos no dia a dia. A explosão está a mil milhões de anos-luz de distância, e as suas partículas e radiação chegam-nos muito enfraquecidas. Ainda assim, para a física fundamental, o acontecimento vale ouro. Oferece um laboratório natural para estudar gravidade, densidade e campos magnéticos em regimes que nenhum acelerador de partículas na Terra alguma vez conseguirá alcançar.

Também será interessante perceber até que ponto novas medições continuam a concordar com a teoria de Einstein. Se surgirem desvios, podem aparecer pistas para uma física nova, ainda desconhecida. Se a teoria se mantiver firme, ganha mais um teste exigente em condições absurdamente extremas.

De qualquer forma, este nascimento de magnetar observado diretamente marca uma viragem: aquilo que durante muito tempo existiu apenas como modelo de cálculo em simulações passa agora a surgir como um sinal claro, legível e temporalmente estruturado nos dados reais do céu. Para os fãs de astronomia, a SN 2024afav deverá continuar a ser um nome de referência entre especialistas - e um caso impossível de contornar nos futuros manuais.